Daya dan gerakan

Pendahuluan

Daya adalah sesuatu yang dapat mengubah keadaan gerakan suatu jasad

Daya adalah kuantiti vektor.

Unit bagi daya adalah N atau kg m s-2

Kesan-kesan daya

Daya boleh mengubah(i) laju jasad (ii) halaju jasad (iii) arah gerakan jasad (iv) keadaan rehat jasad(iv) bentuk jasad

Hukum-Hukum Gerakan Newton mengenai daya

Hukum 1 : Suatu jasad yang pegun terus pegun dan suatu jasad yang bergerak terus bergerak dengan halaju seragam kecuali jika ada daya luar bertindak kepada jasad itu.

Hukum 2 : Daya yang dikenakan kepada suatu jasad berubah secara langsung kepada kadar perubahan momentum.

Hukum 3 : Jika terdapat tindakan maka terdapat tindakbalas yang sama magnitud tetapi bertentangan arah.

Hubungan antara pecutan,a ,daya,F dan jisim , m.

(i) Eksperimen untuk menentukan hubungan pecutan dan daya jika jisim adalah malar.

Hipotesis : Jika daya bertambah maka pecutan bertambah

P.u. manupulatif : DayaP.u. respons : PecutanP.u. dimalarkan : Jisim

Hidupkan jangka masa detik.

Tarik tali kenyal dengan panjang yang tetap supaya troli menuruni landasan.Pita detik yang diperolehi adalah seperti berikut:-

Berdasarkan pita detik,tentukan halaju akhir , v = L2 / 0.02tentukan halaju awal , u = L1 / 0.02tentukan masa untuk pecutan , t = (11 - 1 ) x 0.02Kirakan pecutan a = v - u tUlangi eksperimen sebanyak 5 kali dengan mengubah bilangan tali kenyal ( daya)Jadualkan data

Fa

Plotkan graf pecutan,a lawan daya,F

Berdasarkan graf di atas didapati a f jika m adalah malar(ii) Eksperimen untuk menentukan hubungan pecutan dan

jisim jika daya adalah malar.

Hipotesis : Jika jisim bertambah maka pecutan berkurang

P.u. manupulatif : JisimP.u. respons : PecutanP.u. dimalarkan : Daya

Hidupkan jangka masa detik.Tarik tali kenyal dengan panjang yang tetap supaya troli menuruni landasan.Pita detik yang diperolehi adalah seperti berikut:-

Berdasarkan pita detik,tentukan halaju akhir , v = L2 / 0.02tentukan halaju awal , u = L1 / 0.02tentukan masa untuk pecutan , t = (11 - 1 ) x 0.02

PELAJARAN 4

Kirakan pecutan a = v - u tUlangi eksperimen sebanyak 5 kali dengan mengubah bilangan troli ( jisim)Jadualkan data

Fa

Plotkan graf pecutan,a lawan salingan jisim , 1 m

Berdasarkan graf di atas didapati a 1 jika F madalah malar

(iii) Hubungan ,a , F dan m

Daripada eksperimen-eksperimen di atas,

a f

a 1 m

maka a f m

a = k F mTetapi jika daya 1 N bertindak ke atas satu jasad berjisim 1 kg maka pecutannya adalah 1 ms-2 1 = k (1 ) (1)maka k = 1

Oleh itu F = ma F = daya paduan(daya bersih) m = jisim a = pecutan

Hubungan antara pecutan,a ,daya,F dan jisim ,m. berdasarkan Hukum Gerakan Newton Kedua

Daya yang dikenakan kepada suatu jasad berubah secara langsung kepada kadar perubahan momentum.

F m ( v - u ) t

F ma

F = k ma

Tetapi jika daya 1 N bertindak ke atas satu jasad berjisim 1 kg maka pecutannya adalah 1 ms-2

(1) = k (1)(1)maka , k = 1 Oleh itu F = ma

Pengiraan melibatkan rumus F = maContoh 1

Dua daya bertindak kepada suatu jasad berjisim 4 kg. Tentukan pecutan jasad dan nyatakan arah gerakannya.

Penyelesaian

Contoh 2

Suatu jasad berjisim 2 kg apabila ia ditarik di atas meja ufuk dengan daya 5 N , ia bergerak dengan halaju seragam.Tentukan(a) Daya geseran terdapat pada permukaan meja(b) Pecutan dihasilkan apabila jasad ditarik dengan daya

17 N

Penyelesaian

Contoh 3

Sebuah troli berjisim 2 kg bergerak dengan halaju6 ms-1 memasukki permukaan kasar sejauh 2.8 m dan akhirnya berhenti.Tentukan daya geseran yang terdapat pada permukaan kasar itu.

Penyelesaian

Impuls dan daya impuls

Takrif impuls dan unit S.I nya:

Impuls ialah perubahan momentum

atau Impuls = perubahan momentum

= m ( v - u ) m = jisim v = halaju akhir u = halaju awal

Unit impuls = kg ms -1 atau N s

Contoh 4

Sebiji bola berjisim 200 g disepak oleh seorang pemain dengan halaju 80 ms-1 dan kemudian terkena kepala seorang pemain lain menyebabkan bola bergerak dengan halaju 60 ms-1 . Berapakah impuls yang dihasilkan oleh bola itu.

Penyelesaian

Contoh 5

Sebuah troli berjisim 1.5 kg bergerak dengan halaju5 ms-1 . Troli tersebut kemudiannya berlanggar dengan dinding batu dan terpantul balik dengan halaju 4 ms-1 .Berapakah impuls troli itu.

Penyelesaian

Takrif daya impuls dan unit S.I:

Daya impuls ialah daya yang bertindak dalam masa yang singkat bertindak ketika berlakunya perlanggaran atau hentaman.

atau : daya impuls = impuls masa tindakan

atau daya impuls = m ( v - u ) t

m = jisim v = halaju akhir u = halaju awal t = masa tindakan @ masa singkat

Unit daya impuls : NContoh 6

Sebiji bola tenis yang berjisim 100 g sedang bergerak dengan halaju 40 ms-1 .Bola tenis itu terpantul balik dengan halaju 10 ms -1dan masa tindakan ialah 20 m s.Tentukan daya impuls bola tenis itu.

Penyelesaian

Contoh 7

Seorang budak lelaki berjisim 50 kg melompat dari satu tempat tinggi ke tanah.Halaju sejurus sebelum terkena tanah ialah 4 ms-1 .Berapakah daya impuls yang dikenakan oleh budak itu kepada tanah jika budak itu melompat dengan(a) membengkokkan kaki dan mengambil masa 0.5 saat

untuk tiba ke tanah(b) meluruskan kaki dan mengambil masa 0.02 saat untuk

tiba ke tanah

Penyelesaian

Aplikasi daya impuls dalam kehidupan seharian 1. Bahagian depan dan belakang kereta dibuat

daripada bahan yang mudah berlipat atau mudah remuk supaya menambahkan masa tindakbalas dan dengan itu daya impuls kurang

2. Menggunakan stering yang mudah kempis semasa perlanggaran untuk mengurangkan daya impuls ke atas pemandu semasa perlanggaran.

3. Tilam diletakkan dalam acara lompat tinggi di tempat mendarat untuk menambahkan masa perlanggaran antara kaki dan tanah.Dengan itu daya impuls yang kecil akan mengelakkan pelompat tercedera ketika mendarat.

4. Kayu hoki diperbuat daripada kayu yang keras supaya masa sentuhan bola dan kayu hoki singkat. Daya impuls yang besar dikenakan ke atas bola.

1 Daya tetap yang dikenakan kepada satu jasad mungkin akan dapat melakukan yang berikut kecuali,

A mengubah halaju jasadB mengubah pecutan jasadC mengubah momentum jasad D mengubah arah gerakan jasad

2 1 N adalah bersamaan

A 1 kg ms-1 B 1 kg ms-2C 1 ms kg-1 D 1 kg s m-1

3 Satu jasad berjisim 200 g ditarik dengan daya 8 N di atas

permukaan meja yang licin.Pecutan yang dihasilkan adalah,

A 20 ms-2 B 40 ms-2 C 60 ms-2 D 80 ms-2 E 160 ms-2

4

Satu jasad berjisim 2 kg ditarik dengan daya 15 N dan daya geseran sebanyak 3 N bertindak pada permukaan kasar.Pecutan jasad tersebut adalah

A 2 ms-2 B 5 ms-2 C 6 ms-2 D 8 ms-2E 10 ms-2

5 Satu jasad yang berjisim 3 kg ditolak oleh daya 10 N di atas permukaan ufuk yang kasar menyebabkan jasad bergerak dengan pecutan 3 ms-2 .Berapakah daya geseran pada permukaan kasar?

A 0.5 N B 1.0NC 1.5 N D 2.0 NE 2.5 N

6 Sebuah kereta berjisim 1000 kg bergerak dengan halaju

15 ms-1 mencapai halaju 5 ms-1 setelah bergerak selama 5 saat.Berapakah daya yang melambatkan kereta itu?

A 1000 N B 2 000 NC 5 000 N D 10 000 NE 20 000 N

7 Sebuah kereta berjisim 2000 kg yang sedang bergerak dengan halaju 20 ms-1ditekan breknya dengan tiba-tiba,dan kereta itu berhenti selepas melalui jarak 50 m.Berapakah daya yang digunakan untuk memberhentikan kereta?

A 10 000 N B 8 000 NC 6 000 N D 4 000 NE 2000 N

8 Di antara rajah-rajah berikut yang manakah akan menghasilkan pecutan terbesar ?

9 Graf -graf yang manakah berikut adalah benar menunjukkan perhubungan pecutan,a , daya,F dan jisim,m?

TUTORIAL 4

10 Manakah di antara kuantiti berikut yang mempunyai unit yang sama dengan impuls?

A Daya B MomentumC Tenaga D Kuasa

11 Sebuah troli berjisim 0.4 kg bergerak pada landasan licin yang ufuk dengan halaju 4 ms-1 dan kemudian berlanggar dengan dinding batu menyebabkan terpantul balik dengan halaju 3 ms-1 .Perubahan momentum troli itu adalah

A 4.0 kg ms-1 B 0.4 kg ms-1 C 1.6 kg ms-1 D 2.8 kg ms-1 E 3.2 kg ms-1

12 Seorang pelajar menarik sebuah troli berjisim 2kg dengan daya tetap 6N selama 4 saat dari keadaan pegun.Perubahan momentum troli adalah

A 8 Ns B 12 NsC 24 Ns D 48 NsE 96 Ns

13

Satu daya telah bertindak ketika ia berlanggar dengan sebuah dinding batu.Graf daya-masa di atas menggambarkan perlanggaran tersebut.Impuls yang telah bertindak pada kereta itu adalah,

A 100 Ns B 200 NsC 300 Ns D 500 NsE 1000 Ns

14 Sebuah kereta berjisim 1000 kg bergerak dengan halaju 15 ms-1 .Apabila daya dikenakan selama 5 saat ke atasnya halaju menjadi 5 ms-1 . Impuls yang dihasilkan adalah

A 20000 Ns B 10000 NsC 5000 Ns D 4000 NsE 2000 Ns

15 Sebiji bola tenis dipukul beberapa kali dengan reket.Graf perubahan momentum lawan masa sentuhan adalah seperti pada rajah di atas.Berapakah daya impuls yang dialami oleh bola jika masa sentuhan antara bola tenis dan reket adalah 0.04 s?

A 100 N B 250 NC 500 N D 750 NE 1000 N

16 Sebiji bola berjisim 150 g disepak dengan halaju 60 ms-1

dari keadaan pegun. Jika masa tindakbalas adalah 5 ms berapakah daya impuls terhasil?

A 300 N B 600 NC 1800 N D 6000 NE 12000 N

17 Sebiji bola berjisim 0.6 kg berada dalam keadaan pegun bergerak setelah dikenakan suatu tendangan yang bertindakbalas selama 0.03 saat dan daya impuls terhasil adalah 200 N . Halaju bola itu adalah

A 5 ms-1 B 10 ms-1

C 20 ms-1 D 40 ms-1

E 40 ms-1

18 Sebiji bola yang pegun berjisim 1 kg ditendang dengan daya 200N menyebabkan bola bergerak dengan halaju 40 ms-1.Kirakan masa tindakbalas bola itu mengenakan daya ke atas kaki penendang tersebut?

A 200 s B 20 sC 2 s D 0.2 sE 0.002 s

19 Sebuah troli berjisim 2 kg bergerak dengan halaju 3 ms-1 berlanggar dengan sebuah troli yang pegun berjisim 1 kg.Selepas perlanggaran kedua-duanya melekat dan masa perlanggaran ialah 0.005 saat.Berapakah daya impuls yang bertindak ke atas troli 1 kg itu?

A 200 N B 400 NC 600 N D 800 NE 1000 N

20 Pernyataaan yang manakah berikut adalah benar mengenai impuls dan daya impuls kecuali?

A Impuls adalah kadar perubahan momentumB Impuls mempunyai unit yang sama dengan

momentumC Daya impuls bertambah apabila masa perlanggaran

adalah berkuranganD Bumper kereta dibuat mudah berlipat untuk

mengurangkan daya impuls

21 Rekabentuk –rekabentuk keselamatan dalam sebuah kereta adalah berdasarkan daya impuls kecuali

A Penggunaan beg udaraB Penggunaan tali pinggang keledarC Penggunaan bahan mudah remuk bagi membuat

bumperD Penggunaan cermin anti-pecah berselerak

22

Rajah (a) menunjukkan satu bongkah kayu A ditarik dengan daya 10 N. Bongkah itu bergerak dengan halaju seragam 2 ms-1.(a) Berapakah geseran antara bongkah dan dengan

landasan itu?

(b) Jika bongkah A ditarik dengan permukaan yang kecil sekali di atas landasan ,nyatakan apakah yang terjadi kepada bacaan neraca spring dan nyatakan sebabnya.

………………………………………………………................

………………………………………………………................

(c) (i) Jika daya tarikan kemudian kemudiannya ditambah menjadi 18 N, berapakah pecutan bongkah itu?

(ii) Berapakah halaju bongkah selepas 4 saat?

(d) Dua bongkah kayu lagi,B dan C yang serupa dengan bongkah A diletakkan di atasnya,seperti rajah(b)

(i) Berapakah daya geseran bertindak sekarang?

(ii) Berapakah jumlah daya yang diperlukan untuk mengerakkan bongkah-bongkah itu dengan pecutan yang sama dengan c(i) di atas?

23 Sebuah kereta berjisim 800 kg bergerak dengan halaju 20 ms-1 berlanggar dengan sebuah lori berjisim 1200 kg bergerak dengan halaju 10 ms-1 .Selepas perlanggaran kedua-duanya melekat dan masa perlanggaran ialah 0.4 saat.(a) Tentukan halaju kedua-duanya selepas

perlanggaran

(b) Berapakah daya yang dikenakan oleh lori kepada kereta

(c) Berapakah daya yang dikenakan oleh kereta kepada lori

(d) Bandingkan nilai daripada (b) dan (c) dan nyatakan Hukum yang berkaitan

………………………………………………………................

………………………………………………………................(e) Mengapakah kereta mengalami kerosakkan lebih

teruk daripada lori.

………………………………………………………................

………………………………………………………................

………………………………………………………................

24 (a) Terangkan mengapakah apabila seseorang menolak sebuah kereta yang enjinnya mati adalah lebih perlahan berbanding beliau bersama-sama rakannya menolak bersama-sama.

(b) Huraikan satu rangka eksperimen untuk menentukan hubungan antara dua pemboleh ubah yang terlibat dalam (a)

(c) Mengapakah seorang pemain bola apabila Menyepak bola yang kempis ,bola tersebut tidak akan pergi jauh.

(d) Sebuah kereta berjisim 800 kg sedang bergerak dengan halaju 40 ms-1. Bandingkan magnitud daya impuls yang dikenakan ke atas kereta itu apabila kereta tersebut melanggar

(i) tiang lampu dan mengambil masa 0.04 saat untuk berhenti.

(ii) tiang konkrit yang dibalutkan dengan tayar-tayar lama dan mengambil masa 0.5 saat untuk berhenti.